瞬变电磁法超前探测技术在近矿界断层巷道掘进中的应用

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1、瞬变电磁法超前探测技术在近矿界断层巷道掘进中的应用摘要：II381探工作面北部为房庄矿，以IF6正断层为界,落差50〜80m,倾角50°,处于断层的上盘。该断层可能导致顶板砂岩水通过裂隙影响II381探工作面，对掘进产生一定的影响，针对该问题，对II381探工作面进行瞬变电磁法超前探测关键词：瞬变电磁；顶板砂岩水；水文地质条件岱河矿业位于淮北煤田滩萧矿区闸河向斜中段之西翼，属安徽省淮北市杜集区管辖，矿井范围（54坐标系）：东经:116°49’45〃〜116°53730〃，北纬33°58z45〃〜34°OP24〃o主井井口坐标：X=

2、3763912,Y=39485500o矿井南部以杨庄地堑为界与朱庄矿为临，北以河洼地堑的HF2正断层为界，与朔里矿临近，东南与张庄矿为界，东部以HF3逆断层和HF2号正断层与张庄矿、石台矿和杜集区的房庄矿为自然边界。西至煤层露头，南北长5.6km,东西宽1.3〜4km,面积约19.19km2o1地质及水文条件3煤层为矿井内主采煤层，对比程度高，可靠性高，位于下石盒子组底部，铝质泥岩之上25〜40米，一般33米左右，下距4煤层0〜9米，平均3米左右，与4煤层为分叉合并关系。2〜5煤组砂岩裂隙含水层以细中粒砂岩为主，含粗砂岩，该含水层

3、由2煤层顶板第一层砂岩到铝质泥岩间的砂岩组成，厚18〜35m,平均31.5m。该含水组砂岩裂隙发育，富水性弱至中等，但局部地段含水较丰富。2目的及任务为保障巷道掘进安全，巷道掘进过程中必须查明迎头前方裂隙、断层等可能富水发育构造，防止巷道与充水层水体导通。确定采用地球物理勘探手段来查明掘进巷道迎头前方富水性情况。3井下瞬变电磁法探测3.1探测物性基础巷道掘进过程中，煤岩或富水性差的岩体通常表现为相对高电阻率值，而裂隙发育、断层带等富水区域则表现为相对低电阻率值；因此富水体与周边围岩存在明显的电性差异，可以通过瞬变电磁法来查明掘进巷

4、道迎头前方富水区发育情况等相关问题。3.2矿井瞬变电磁探测原理瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波（见图3-1）,在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V(t),就得到了二次磁场随时间衰减的

5、特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程(见图3-2)；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质由于传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。其传播深度：为传播时间，为介质电导率为真空中的磁导率。瞬变电磁的探测度与发送磁矩覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。由(3-2)式

6、得：时间与表层电阻率，发送磁矩之间的关系为：M为发送磁矩，为表层电阻率，为最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数，还有和观测时间段有关。联立(3-3)(3-4)式，可得：上式为野外工程中常用来计算最大探测深度公式。瞬变电磁的探测度与发送磁矩，覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。采用晚期公式计算视电阻率：3.3测线布置与数据采集现场探测工作2013年08月21日在II381探机巷探机5旁车窝展开，巷道迎头为探机5+lm车窝。目前，巷道顺煤层开拓，巷道继续往前掘进过程中，若遇断层或裂隙发育带,可能导通含水体，对巷道掘进造成严

7、重危害。现场进行了瞬变电磁方法的超前预报，为掘进滋工安全提供有效的技术参数。3.4瞬变电磁测线布置瞬变电磁超前探测采用本安型YCS40(A)矿井瞬变电磁仪，按照扇形观测系统布置，在II381探机巷探联5车窝迎头布置11个测点，以巷道迎头立面中心为原点，沿巷道左帮、迎头和右帮45。范围内实施Tem数据采集，每个数据点处观测3个方向，分别为45。顶板、顺层和45°底板。本次瞬变电磁探测在II381探风眼共采集11X3=33个Tem物理点。具体探测迎头观测系统布置和图4-1本次探测迎头左右帮顶板及迎头前方均为工字钢支护，探测点为车窝，空

8、间较小，与工型钢距离较近；迎头右方有电源开关箱，后方无滴淋水；现场条件复杂，干扰源较多，对数据精度有一定的影响。4探测结论与验证情况4.1探测结论以巷道中心迎头位置为探测原点0点，横坐标为测点坐标(X),纵坐标为沿探测方向距离(Y)o(1)迎头前方